Dinámica de la contaminación por nitrato en el sistema acuífero de

Dinámica de la contaminación por nitrato en el sistema acuífero
de la Plana de Vic (Osona, Barcelona).
Nitrate pollution processes in the Plana de Vic aquifers (Osona, Barcelona).
A. Menció (1), J. Mas-Pla (1,2), N. Otero (3), A. Soler (4) y A. Folch (2)
(1)
Àrea de Geodinàmica, Dept. Ciències Ambientals, i Centre de Geologia i Cartografia Ambiental (Geocamb), Universitat de Girona, Campus de Montilivi,
17071, Girona [email protected]
(2) Dep. de Geologia, i Institut de Ciència i Tecnologia Ambientals; Universitat Autònoma de Barcelona, 08193 Bellaterra, [email protected],
[email protected]
(3) Grup de Hidrogeologia, Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera, CSIC. C/ Lluís Solé i Sabarís s/n, 08028, Barcelona, [email protected]
(4)
Grup de Mineralogia Aplicada i Medi Ambient; Dept. de Cristal·lografia, Mineralogia i Dipòsits Minerals, Fac. Geologia, Universitat de Barcelona. C/ Martí i
Franquès s/n, 08028 Barcelona, [email protected].
ABSTRACT.
Nitrate pollution in the Plana de Vic aquifers has presently reached very high levels, which pose enormous
limitations to its use. The origin of nitrate is mainly caused by manure application as fer tilizer. In this paper,
we present a hydrodynamic scheme of the Plana de Vic aquifer system, based on potentiometric data and
nitrate concentrations obtained through a monthly monitoring effort of a 80 well database. The response
of those wells to the rechar ge that ended a severe drought period allows us to depict different
hydrogeological behaviours between surface and deep aquifer levels. We conclude that a mixing process
occurs in this multilevel leak y-aquifer system facilitated by the uncasing of most of the wells. Therefore, a
deficient exploitation of the aquifer is seen as an additional cause for the spreading of nitrate.
Key words: nitrate, pollution, recharge, Vic, Osona.
Geogaceta, 41 (2007), 123-126
ISSN: 0213683X
Introducción.
La contaminación por nitrato de las
aguas subterráneas es uno de los problemas más recurrentes entre las distintas
presiones a que se ven sometidas las masas de agua en Cataluña. Concretamente,
su presencia en la Plana de Vic (Osona,
Barcelona) es bien conocida y esta zona
ya fue declarada vulnerable en el decreto
de 1998 (Decret 283/1998, DOCG, n.
2760, 6.11.1998) y desde entonces ha
sido objeto de seguimiento y estudio por
parte de las administraciones competentes. En este caso, la presencia de nitrato
se debe a la utilización intensiva del purín
como fertilizante; el cual, después de décadas de aplicación y a pesar de detallados planes de gestión, ha alcanzado en la
mayoría de los pozos concentraciones superiores a 50 mg/L.
Una de los aspectos recurrentes en
este tipo de contaminaciones es el conocimiento de los sistema hidrogeológico
afectado, el cual regula la distribución del
nitrato una vez se ha infiltrado en el
subsuelo. En procesos de contaminación
difusa de alcance regional, la definición
de la dinámica hidrogeológica es necesaria para determinar la vulnerabilidad de
los acuíferos y diseñar estrategias de protección en aquellas zonas críticas, como
primer paso destinado a alcanzar a largo
plazo una disminución de las concentraciones actuales (Tesoriero y Voss, 1997;
Holman et al., 2005).
En este sentido, el estudio de la contaminación por nitrato en las aguas subterráneas de la Plana de Vic se ha basado en
un reconocimiento de las principales unidades hidrogeológicas, la determinación
de las relaciones piezométricas y en un
seguimiento exhaustivo mensual de diversas captaciones con la intención de
caracterizar la dinámica hidrogeológica
usando la concentración de nitrato como
indicador (Mas-Pla et al., 2006).
En este trabajo se presentan la dinámica hidrogeológica de la Plana de Vic y
su relación con la distribución de nitrato
en este sistema acuífero, así como las
impliaciones de estos resultados en futuros planes de gestión hídrica.
Contexto geológico e hidrogeológico.
El sistema hidrogeológico de la Plana
de Vic se ubica en los materiales
Paleógenos del borde oriental de la depresión central catalana, situados sobre el
zócalo ígneo y metamórfico de la cordillera Prelitoral (Fig. 1). Su estratigrafía
consiste en formaciones detríticas y
carbonatadas, localizadas en las sierras de
Bellmunt y Cabrerès y en el margen
oriental de la Plana, y en un amplio desarrollo de niveles arenosos y margosos que
constituyen el principal cuerpo
sedimentario de la Plana de Vic. El techo
de la serie lo configuran los depósitos fluviales que afloran en su borde occidental
(Reguant, 1967; IGME, 1983, 1994;
Abad, 2001). Estas formaciones presentan un buzamiento uniforme de 5-10º hacia el oeste, con la excepción del
anticlinal de Bellmunt situado en el límite
norte de la Plana y cuyo eje se extiende
en dirección E-O. Geomorfológicamente,
la Plana de Vic es una depresión erosiva
por acción fluvial de los ríos Ter y
Congost que carece de importantes estructuras tectónicas (fallas), si bien los
materiales cimentados poseen una intensa red de diaclasas con espaciado métrico
a decamétrico.
Las principales formaciones acuíferas
se sitúan en los niveles carbonatados y
arenosos, la porosidad de los cuales se
halla determinada por la red de fracturas
que los afecta, así como por procesos de
123
hidrogeológica. Las captaciones de agua
suelen alcanzar más de 100 m en busca de
los niveles más productivos.
Los pozos en terrenos aluviales, que
tradicionalmente satisfacían las necesidades agrarias, son actualmente de poca importancia, dado el escaso grosor de los
mismos y el escaso caudal de los cauces;
exceptuando las captaciones ubicadas en
el aluvial del río Ter.
Resultados.
Los resultados del estudio se hallan
condicionados por los factores meteorológicos acaecidos durante el período de
muestreo, de febrero a diciembre de 2005.
La precipitación acumulada desde enero a
agosto fue inferior a 150 mm, continuando la sequía iniciada en septiembre de
2004. A finales de agosto de 2005 se inició un período lluvioso de tres meses con
una precipitación media acumulada de
350 mm, aproximadamente. Este contexto meteorológico permitió observar la respuesta del sistema acuífero ante la recarga
y la evolución de la concentración de nitrato bajo distintas condiciones de flujo
subterráneo.
Fig. 1.- Situación geológica y mapa piezométrico de la Plana de Vic (Febrero 2005). Leyenda:
Paleozoico : 1.- Rocas ígneas, 2.- Rocas metamórficas; Mesozoico : 3.- Formaciones detríticas y
carbonatadas indiferenciadas; Terciario (Paleógeno): 4.- Conglomerados y areniscas rojizas,
5.- Calcáreas; 6.- Ar eniscas y limos margosos, 7.- Margas y areniscas margosas, 8.- Yesos;
Cuaternario: 9.- Formaciones detríticas indiferenciadas. Cartografia simplificada según la
base geológica del ICC/IGME (http:// www.mediambient.gencat.net).
Fig. 1.- Geological situation and potentiometric map of the Plana de Vic (Osona, February
2005). Legend: Paleozoic: 1. Igneous rocks, , 2.- Metamorphic rocks, Mesozoic: 3.- Clastic rocks
and limestones, Tertiary (Paleogene): 4.- Red conglomerates and sandstones, 5.- limestones, 6.Sandstone and silty-marls, 7.- Marls, 8.- Evaporitic layers; Quaternary: Indifferentiated
sedimentary deposits. Geological map based on ICC/IGME (http:// www.mediambient.gencat.net)
dilución en los niveles calcáreos. En la
zona oriental, las formaciones Tavertet y
Folgueroles presentan un excelente potencial hidrogeológico. En la zona central, estas formaciones aparecen progresivamente con menor grosor debido a cambios laterales de facies y, a menudo, a
profundidades que ya no son alcanzadas
por los sondeos. Es por ello que los principales acuíferos se sitúan en los niveles
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arenosos y arenoso-margosos superiores,
de grosor métrico, fracturados. Los niveles de margas que los separan, especialmente aquellos en que la fracción fina es
dominante y la fracturación es menor o
ausente, actúan como acuitardos o
acuicludos. En la zona centro-occidental
de la Plana de Vic dominan las formaciones margosas de decenas de metros de
potencia, con escasa capacidad
Dinámica hidrogeológica.
La realización de tres campañas
piezométricas (febrero, mayo y septiembre de 2005; Mas-Pla et al., 2006) indicó,
en términos generales, un sistema de flujo
cuya recarga tiene lugar preferentemente
en los relieves del margen oriental de la
Plana, en dirección SE los flujos procedentes de Bellmunt-Cabrerès hasta el eje
del río Ter y en dirección E los flujos procedentes del sector oriental en las sierras
desde Tavèrnoles a Taradell, en el sector
sur del río Ter. La principal recarga tiene
lugar a través de las Fms. Tavertet y
Folgueroles, las cuales se disponen por
debajo de los niveles arenosos y margosos
del conjunto de la Plana de Vic (Fig. 1).
En el centro de la depresión, los afloramientos de los niveles arenosos pueden dar
lugar a una cierta recarga, limitada por la
superficie de los mismos; si bien ésta puede ser más efectiva cuando estos estratos
arenosos subyacen las formaciones superficiales (aluviales, coluviales) que pueden
actuar como acuíferos menores. Los terrenos con substrato margoso, dominantes en
la zona central y occidental de la Plana, son
ineficientes en términos de recarga.
La correlación piezométrica muestra
un cierto gradiente en dirección E desde
el margen occidental de la depresión. Por
razones estratigráficas (particularmente,
el buzamiento en sentido oeste) y estructurales, este flujo subterráneo es de carác-
Fig. 2.- Frecuencia acumulada de
la concentración
de nitrato en los
H»80 pozos de
muestreo.
Fig. 2.- Accumulated frequency of
nitrate concentration in the H»80
wells database .
ter superficial y no supone una importante fuente de recursos hídricos.
No se han observado en los datos
piezométricos variaciones verticales del
nivel hidráulico ni distinción entre las direcciones generales de flujo a distintas
profundidades. Asimismo, la tipología de
los pozos, habitualmente sin entubado y
abiertos prácticamente hasta su base, impide estas distinciones.
La tipología hidroquímica de las aguas
subterráneas es dominantemente del tipo
carbonatado-cálcico, con un contenido va-
riable en sulfato (hasta el 30% del total de
aniones), básicamente de origen mineral.
En la zona central se observa una mayor
presencia de cloruro, el cual guarda una
relación directa positiva con la concentración de nitrato. Esta correlación sugiere
que el cloruro es atribuible a la aplicación
de purines, como ya indicó Vitòria (2004).
Alcance de la contaminación por nitrato
en la Plana de Vic.
El seguimiento de la concentración de
compuestos de nitrógeno se realizó sobre
un inventario de 246 pozos (todos ellos
pertenecientes a explotaciones agrícolas
o ganaderas), de los cuales unos 80 se
muestrearon mensualmente. Los valores
de amonio y nitrito no presentan valores
elevados, exceptuando casos muy concretos; por lo que no constituyen un riesgo.
El rango de nitrato más frecuente en todo
el registro se sitúa entre 75 y 150 mg/L,
habiéndose registrado captaciones con
concentraciones continuas superiores a
200 mg/L (Fig. 2).
De este modo, el aumento generalizado de la concentración de nitrato que tuvo
lugar a partir de las intensas precipitaciones de septiembre es una de las observaciones más notables del seguimiento
mensual. La figura 2 muestra la frecuencia acumulada de la concentración de nitrato durante los meses de sequía (mayo y
julio) y con posterioridad a las precipitaciones (septiembre, noviembre y diciembre). De este modo, un 75-90% de los pozos muestreados presentaban un valor de
nitrato inferior a 170 mg/L durante el primer semestre de 2005. Con posterioridad
a las lluvias, y más concretamente en noviembre, sólo un 55% de los mismos pozos presentaban concentraciones inferio-
Fig. 3.- Evolución
mensual de la concentración de nitrato en
determinados pozos de
la Plana de Vic. Los
gráficos de la columna
izquierda, con símbolos llenos, corresponde
a pozos superficiales
(< 30 m) y los de la
columna derecha, con
símbolos vacíos, a
pozos profundos (> 30
m) agrupados en
distintos sectores.
Fig. 3.- Nitrate
monthly evolution in
selected wells at the
Plana de Vic. Plots in
the left column belong
to shallow wells (< 30
m depth, solid
symbols), and those of
the right column
belong to deep wells (>
30 m, empty symbols).
125
res a este valor, denotando un generalizado aumento de la concentración en casi la
mitad de los puntos de muestreo.
En términos generales, los pozos superficiales (<30 m), ubicados en las formaciones cuaternarias o en los niveles
terciarios más superficiales, suelen presentar concentraciones elevadas de nitratos, sin variaciones significativas a los
largo del año estudiado. Ello refleja claramente el efecto de la aplicación generalizada de purín en la Plana de Vic. Los
pozos con profundidades superiores a los
30 m, ubicados habitualmente en niveles
semiconfinados, presentan una mayor variabilidad de valores, habiendo entre ellos
algunas captaciones con valores muy elevados. En particular, determinados pozos
profundos del sector oriental y central de
la Plana han respondido a las precipitaciones de septiembre con un claro aumento de la concentración (Fig. 3).
En la figura 3 se distingue la evolución de la concentración de nitrato en
distintas captaciones seleccionadas en
los municipios de Folgueroles, Gurb y
Torelló. En ella se observan distintos
comportamientos. Los pozos superficiales de Folgueroles y Torelló (columna izquierda) muestran concentraciones elevadas de nitrato, prácticamente constantes durante los meses de muestreo,
presentando los valores mínimos en verano. Por otro lado, los pozos profundos
(columna derecha) muestran una tendencia a disminuir la concentración durante
los seis primeros muestreos y un importante y rápido incremento a raíz del periodo lluvioso iniciado a finales de agosto de 2005.
También es significativo que determinadas captaciones profundas (por
ejemplo, TOR004, Fig. 3) mantienen una
baja concentración de nitrato durante
todo el año de estudio, mostrando el carácter confinado de estos niveles respecto a los acuíferos superiores. Ambos
comportamientos de los pozos profundos son característicos del conjunto de
la Plana de Vic (Mas-Pla et al., 2006).
Finalmente, algunos pozos superficiales de la zona de Gurb (GUR 101)
también responden a la recar ga de las
precipitaciones de agosto-septiembre.
Cabe mencionar que, si bien estas distintas evoluciones son generalizables al
resto de la zona, deben considerarse la
idiosincrasia de cada pozo y la arbitrariedad que supone clasificarlos por su
profundidad. Sin embargo, esta clasificación será útil en la interpretación de
los sistemas de flujo y mezcla.
126
Discusión.
Los datos piezométricos e
hidroquímicos y, en particular, la respuesta de las concentraciones de nitrato a la
recarga ocurrida a partir de agosto han
permitido presentar un esquema de la dinámica hidrogeológica en la Plana de Vic.
Las concentraciones elevadas y temporalmente uniformes de nitrato en los
pozos superficiales es una consecuencia
directa de la aplicación del purín como
fertilizante, poco sensible a los períodos
de recarga; si bien durante prolongados
periodos de sequía la escasa infiltración
puede dar lugar a una descenso de las
concentraciones.
Las observaciones en los pozos profundos, concretamente, los bajos valores
de nitrato habituales (en algunos casos
por debajo de 50 mg/L) y su respuesta a
la recarga derivada de las precipitaciones
acaecidas a partir de agosto, sugieren que
estos niveles acuíferos no adquieren concentraciones de nitrato elevadas en las
zonas de recarga, sino que éstas derivan
de la infiltración vertical inducida por los
bombeos a través de los niveles
semiconfinantes. La naturaleza fracturada del terreno permite este comportamiento.
Las bajas concentraciones de nitrato
anteriores a la recarga y un cierto descenso de las mismas desde febrero a agosto
se atribuyen al hecho de que la sequía
conllevó el agotamiento (parcial) de los
niveles superiores. En este caso, los valores muestreados son representativos de la
concentración en los niveles profundos.
Con la recarga, las captaciones abiertas
en toda la longitud del sondeo explotaron
agua de todos los niveles, produciéndose
una mezcla. Las elevadas concentraciones de los niveles superiores dan lugar a
un aumento del nitrato en el agua bombeada. Se concluye, por tanto, que los datos de nitrato son representativos del
pozo, con su propia idiosincrasia, y no
son extrapolables al nivel acuífero correspondiente a la profundidad máxima del
cual se abastece.
Conclusiones.
Este estudio hidrogeológico ha permitido caracterizar la distribución de nitratos
en la Plana de Vic y elaborar un esquema
dinámico que la represente. Por un lado, se
concluye que los niveles profundos, cuya
recarga tiene lugar en los relieves orientales de la Plana, debe presentar concentraciones bastante aceptables de nitrato.
Las altas concentraciones observadas
en las captaciones profundas se deben a
la mezcla con agua de niveles superficiales explotados por el mismo pozo, de manera que en algunos casos, la muestra es
sólo representativa del propio pozo y no
del nivel más profundo que explota. Asimismo, el constante bombeo ha inducido
una infiltración vertical desde los niveles
superficiales, la cual ha dado lugar, además, a la presencia de nitrato en profundidad.
Sin profundizar en los detalles, entendemos que el problema de la contaminación de nitrato en la Plana de Vic es doble: por un lado, el evidente uso intensivo
del purín como fertilizante; por el otro, la
incorrecta entubación y explotación de
los pozos permite la mezcla entre distintos niveles productivos e impide aprovechar estrictamente los recursos hídricos
más profundos.
Agradecimientos.
Este estudio se financió por el
Consell Comarcal d’Osona, l’Agència
Catalana de l’Aigua y la Associació
Te c n i c o s a n i t à r i a
del
Porcí
(ASSAPORC), y por el proyecto
CICYT CGL-2005-08019-C04-01 y
02.
Referencias.
Abad, A. (2001). Paleotaxodonta y pteriomorphia del eoceno del margen sur
de la depresión central catalana. Tesis
Doctoral, Univ. Autònoma de Barcelona.
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Tesis Doctoral, Univ. de Barcelona.